Abitraining Biologie Klausur Grundkurs 1
Thema: Die Vogel-Vampirfliege auf den Galapagos-Inseln
Orientierungen zur Lösung
Aufgabe 1: Stellen Sie die Nahrungsbeziehungen der in Material A beschriebenen Lebewesen in den Ursprungsregionen in Südamerika in einem Nahrungsnetz dar und ermitteln Sie die zugehörigen Trophieebenen (Material A). Begründen Sie die starke Ausbreitung der Vogel-Vampirfliege auf den Galapagos-Inseln (Material A).
Hinweis: Nutze hierfür Material A
Teil 1) Nahrungsnetz, indem deutlich wird:
– Vogel-Vampirfliege frisst verschiedene Vogelarten
– Vogel-Vampirfliege frisst verschiedene Pflanzenarten
– Vogel-Vampirfliege wird von Ameisen gefressen
– Vogel-Vampirfliege wird von Schlupfwespen gefressen
Teil 2) zugehörige Trophieebenen ermitteln:
– Pflanzen:
Produzenten; Sie bauen organische Stoffe mittels Fotosynthese auf.
– Vogel-Vampirfliege:
Konsument 1. Ordnung; Die adulten Fliegen fressen die Früchte und Blüten von Pflanzen.
außerdem auch Konsument 2. Ordnung; Die Larven ernähren sich vom Blut der Wirtsvögel.
– Ameisen und Schlupfwespen:
Konsument 2. Ordnung; Sie ernähren sich von der Vogel-Vampirfliege (Konsument 1. Ordnung).
Teil 3) die starke Ausbreitung der Vogel-Vampirfliege auf den Galapagos-Inseln begründen:
Hinweis: Vier der folgenden Punkte sind ausreichend:
● Neobiont:
Die Vogel-Vampirfliege wurde auf die Galapagos-Inseln eingeschleppt. Sie stammt aus einem großen Verbreitungsgebiet in Südamerika
mit unterschiedlichen Lebensräumen und kann sich auch auf Galapagos in vielen Habitaten mit unterschiedlichen klimatischen Bedingungen verbreiten.
● ausreichend Ernährungsmöglichkeiten:
Die ausgewachsenen Fliegen fressen frische und faulende Früchte und Blüten verschiedenster Pflanzenarten.
● großes Wirtsspektrum:
Die Larven leben parasitisch und haben in den Ursprungsgebieten ein großes Wirtsspektrum aus vielen Vogelarten. Verwandte Vogelarten (z. B. Darwinfinken) leben auch auf Galapagos und können ebenfalls als Wirte genutzt werden.
● hohe Reproduktionsrate:
Die Weibchen der Vogel-Vampirfliege legen Eier in viele Nester, sodass immer zahlreiche Nachkommen entstehen. Durch drei Generationen je Brutzeit ist eine rasche Vermehrung und somit eine schnelle Ausbreitung möglich.
● Wenig Feinde:
Vogel-Vampirfliegen-Larven werden in ihren Ursprungsgebieten von Ameisen und Schlupfwespen getötet. Auf den Galapagos-Inseln werden nur wenige Larven von Schlupfwespen erbeutet, Fressfeinde gibt es gar nicht. Daher können sich die Fliegen stark vermehren und verbreiten.
● Befall der Wirtsvögel:
Die Wirtsvögel auf den Galapagos-Inseln werden viel stärker befallen als die Wirtsvögel in den Ursprungsgebieten. Möglicherweise sind die neuen Wirte empfindlicher gegenüber diesem Parasiten, was der Vogel-Vampirfliege eine schnelle Vermehrung und Verbreitung ermöglicht.
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Aufgabe 2: Stellen Sie die neurobiologischen Prozesse im Verlauf eines Aktionspotentials in Form eines Fließschemas dar und fassen Sie die in Abbildung 1B dargestellten Ergebnisse zusammen (Material B). Erläutern Sie die neurophysiologische Wirkung von Permethrin und leiten Sie daraus die Folgen für das Insekt ab (Material B).
Teil 1) die neurobiologischen Prozesse im Verlauf eines Aktionspotentials in Form eines Fließschemas darstellen:
Depolarisation bis zum Schwellenwert → Öffnung spannungsabhängiger Natriumionen-Kanäle → Einstrom von Natriumionen → Ladungsumkehr → Inaktivierung
der Natriumionen-Kanäle → Stopp des Natriumionen-Einstroms → Öffnung spannungsabhängiger Kaliumionen-Kanäle → Ausstrom von Kaliumionen → Repolarisation und Hyperpolarisation → Verschluss der Kaliumionen-Kanäle → Ladungsausgleich → Ruhepotential
Teil 2) die in Abbildung 1B dargestellten Ergebnisse zusammenfassen:
– nach Permethrin-Zugabe: der kurze Reiz bewirkt die Auslösung mehrerer Aktionspotentiale in hoher Frequenz
– Zwischen den Aktionspotentialen bleibt eine Depolarisation bestehen. Diese sinkt im Verlauf der Folge allmählich ab und erreicht erst nach dem letzten Aktionspotential wieder das Ruhepotential.
Teil 3) die neurophysiologische Wirkung von Permethrin erläutern, z. B.:
– Permethrin bindet an spannungsabhängige Natriumionen-Kanäle
– die Depolarisationsphase des Aktionspotentials verläuft trotzdem normal. Die Öffnung der spannungsabhängigen Natriumionen-Kanäle ist somit nicht beeinträchtigt.
Teil 4) die neurophysiologische Wirkung von Permethrin erläutern, z. B.:
– Durch den Kaliumionen-Ausstrom kommt es zu einer Repolarisation nach dem ersten Aktionspotential, aber das Ruhepotential wird nicht erreicht.
– Die Bindung von Permethrin bewirkt eine länger andauernde Öffnung der spannungsabhängigen Natriumionen-Kanäle. Dadurch strömen auch in der Repolarisationsphase weiterhin Natriumionen in das Axon. Dies bewirkt eine länger andauernde Depolarisation.
– Die Depolarisation bleibt über dem Schwellenpotential, sodass weitere Aktionspotentiale ausgelöst werden können.
– Die Wirkung nimmt aber mit der Zeit ab, sodass nach einer Folge von Aktionspotentialen das Ruhepotential wieder erreicht wird.
Teil 5) daraus die Folgen für das Insekt ableiten:
– Permethrin bewirkt eine Erhöhung der Aktionspotentialfrequenzen, da das Schwellenpotential längere Zeit überschritten bleibt. Dadurch können z. B. Überreizungen im ZNS und Krämpfe ausgelöst werden.
– Bei hoher Permethrin-Dosierung wird diese Wirkung verstärkt. Es kann zu langanhaltenden Aktionspotential-Abfolgen in hoher Frequenz kommen, welche eine koordinierte Leitung von Erregungen im ZNS und Körper verhindern und letztlich zum Tod führen können.
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Aufgabe 3: Fassen Sie die in Material C dargestellten Daten zusammen. Diskutieren Sie den Einsatz von Permethrin-behandelter Watte zum Schutz von Darwinfinken vor der Vogel-Vampirfliege (Materialien A bis C).
Teil 1) die in Material C dargestellten Daten zusammenfassen, z. B.:
● In Freilandexperimenten wurde beim Einbau von Watte aus dem Kontroll-Spender meist ein hoher Befall mit Vogel-Vampirfliegen-Larven beobachtet.
● Permethrin-behandelte Watte im Nest führte dagegen zu einem geringeren Befall mit Vogel-Vampirfliegen-Larven. Bei einer Mindestmenge von etwa 1 g behandelter Watte je Nest wurden meist keine Vogel-Vampirfliegen-Larven nachgewiesen.
● In mit Permethrin behandelten Nestern überlebte im Freiland ein größerer Anteil Küken als in mit Wasser behandelten Nestern.
● In Laborexperimenten mit Zebrafinken waren nach einer Generation in mit Permethrin behandeltem Nistmaterial keine signifikanten Auswirkungen auf die Nachkommen festzustellen. Nach zwei Generationen überlebten nur 64 % statt 100 % der Küken.
Teil 2) den Einsatz von Permethrin-behandelter Watte zum Schutz von Darwinfinken vor der Vogel-Vampirfliege (Materialien A bis C) diskutieren, z. B.:
● Permethrin stört die Funktion von Nervenzellen bei Insekten und wirkte in Experimenten bei ausreichender Dosierung auch erfolgreich gegen die Vogel-Vampirfliegen-Larven. Dadurch konnte der Bruterfolg der Vögel im Freiland gesteigert werden. Da die Permethrin-Behandlung erst in der zweiten Generation Auswirkungen auf Küken zeigte, sollte die Behandlung nur kurzfristig, also für eine Generation angewendet werden.
● Im Freiland wurde eine durch Vogel-Vampirfliegen verursachte Küken-Sterblichkeit von bis zu 95 % beobachtet. Im Laborexperiment kam es in der zweiten Generation in Permethrin-behandelten Nestern zu einer Überlebensrate von 64 %, also einer Küken-Sterblichkeit von 36 %. Bei starkem Befall mit Vogel-Vampirfliegen könnte daher, trotz der wahrscheinlich durch Permethrin an Vögeln verursachten Schäden, eine länger andauernde Behandlung für den Schutz der Darwinfinken sinnvoll sein.
Teil 3) den Einsatz von Permethrin-behandelter Watte zum Schutz von Darwinfinken vor der Vogel-Vampirfliege (Materialien A bis C) diskutieren, z. B.:
● Der Einsatz von Permethrin im Freiland kann problematisch sein, weil unbekannt ist, wie sich das Insektizid nach längerer Behandlungszeit zum einen auf die Darwinfinken und zum anderen auf andere Vogel- und Insektenarten auswirkt, die ebenfalls mit der behandelten Watte in Berührung kommen.
(Weitere sachlogische Argumente, die sich aus dem Material ableiten lassen, sowie die mögliche Bildung von Resistenzen gegen Permethrin können entsprechend gewertet werden).